EP3133238A1 - Tunnelbausystem - Google Patents
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- EP3133238A1 EP3133238A1 EP16163987.7A EP16163987A EP3133238A1 EP 3133238 A1 EP3133238 A1 EP 3133238A1 EP 16163987 A EP16163987 A EP 16163987A EP 3133238 A1 EP3133238 A1 EP 3133238A1
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- tunnel
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- bohrfräswalzen
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/005—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries by forcing prefabricated elements through the ground, e.g. by pushing lining from an access pit
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
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- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
- E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
Definitions
- the invention relates to a tunneling system with a milling machine for trenchless creation of a tunnel through a soil. It relates in particular to a system for constructing a tunnel by pulling in several tunnel elements in succession.
- a tunneling system for the trenchless creation of a tunnel is in CH708408 disclosed.
- a method and an apparatus for drawing in tunnel elements by means of threaded tension rods are described, which run outside the tunnel elements in holes from a start portal through the ground to a target portal. Pressing cylinders at the start portal feed a tunneling section and tunnel elements into the ground.
- Milling machines for tunneling are known.
- a machine for excavating soil is disclosed in the propulsion of tunnels with multiple scrapers. These are arranged offset one above the other, in that the axes of rotation of the one scraper rollers lie in a first front plane and the axes of rotation of further scraper rollers lie in a second rear plane.
- the scrapers are rotatable in both directions.
- the tunneling system has a start portal and a target portal, which are connected to tension rods, in particular threaded tension rods, which are arranged in holes through the ground.
- tension rods in particular threaded tension rods
- the bores through the soil outside the cross-sectional area of the tunnel elements to be recovered run.
- Several press cylinders or electric motors with threaded gears are arranged on the side of the start portal and are connected via the clamping elements in operative connection with the target portal. By means of the press cylinders or electric motors with threaded gears, the tunnel elements are drawn into the ground.
- the target portal can be used as anchorage when the tunnel is being constructed.
- a milling machine preferably full-width milling machine, is arranged in operative connection with the first tunnel element in the direction of advance of the system.
- the milling machine as a whole has a plurality of individually controllable Bohrfräswalzen, all of which are arranged in a plane at the front end of the first tunnel element.
- a plurality of Bohrfräswalzen are arranged one above the other by the waves of the rolls vertically above one another and parallel to each other.
- Each of the Bohrfräswalzen has a drive assigned to it.
- the milling machine is modular, in that each of the superimposed Bohrfräswalzen have at least three juxtaposed and coaxial rolling elements, which are individually removable and installable.
- Each of the roller parts forms a roller for itself.
- the tunnel elements consist for example of a reinforced concrete pipe, for example in a square shape.
- each drill mill consists of a plurality of individual juxtaposed roller parts
- the milling machine as such has a modular structure, with each individual roller part forming a module.
- a modular structure allows a structure and in particular an expansion of the individual modules by two people using a lifting crane or the like. This allows, for example, the expansion of a single Bohrfräswalze in the event that an obstacle like a boulder is in the ground. After removal of the roller, the obstacle can be removed manually and the roller can then be used again to continue working in Vollfräsfunktion.
- the roller parts are each constructed of two half-shells without a continuous drive shaft. This further facilitates the removal and installation of a roller.
- the drives of the Bohrfräswalzen are each arranged between two of the roller parts in a drive box. In the field of drives so no milling function can be performed.
- the individual Bohrfräswalzen are laterally oscillating horizontally movable in the direction of their waves. As a result, the soil can also be removed in the area of the drives and thus across the entire width of the milling machine and the tunnel construction system.
- the laterally oscillating movability is realized by means of a drive, a thread and a guide (7) which are designed to move all superimposed drill milling drums overall horizontally over at least the area of a drive of the drilled milling drums.
- the plurality of superimposed Bohrfräswalzen each be individually driven at each individual speed. This allows individual adjustment of the speed of each single roller according to the nature and density of the soil in the area of each roller.
- the modular design allows for the necessary removal of a single foundling removal roller, after which the roller in question is reinstalled and the full-cut function can be continued. After completion of such interruptions, the individual drive of the individual Bohrfräswalzen together with the oscillating horizontal mobility of the rollers allows a particular continuous Vollmalefräsfunktion that can be carried out even with irregular soil continuously by a single operator by the drives of the individual rolls on sight and hearing be regulated.
- the Bohrfräswalzen and their drives are designed such that the Bohrfräswalzen are rotatable down by the roller at its outermost, the ground facing surface is rotatable down and the milled soil down and then back to back the roller is transported. This direction of rotation is particularly advantageous when the soil is hard and dense.
- the Bohrfräswalzen and their drives are designed such that the Bohrfräswalzen are upwardly rotatable by the roller at its outermost, facing the ground surface is rotatable and the milled soil up and then back to back the roller is transported.
- This direction of rotation is particularly advantageous when the soil is loose and soft.
- This direction of rotation creates multiple benefits.
- the milled soil mostly falls inside the tunneling system, ie the material is moved up and then back on the outer side of each roller and then falls down on the inner side of the respective roller. Thus, no or very little material falls on the outer side of the milling. The removal of the milled material is thus much easier. On the other hand slipping of decomposing material is prevented.
- the individual Bohrfräswalzen each round chisel which are aligned at an angle to the radial of the roller, so that they are directed at their outermost, facing the ground surface upwards.
- the drives of the drill milling drums and drives for the horizontal movement of the rollers are realized by electric motors. These allow a drive of the rollers, which is in the sensitivity of the drive equal to the drive by a hydraulic motor.
- the use of electric motors also provides today's significant advantage that contamination of the soil by leaking oil is completely prevented and risks of contamination are excluded and no effort to remedy impurities.
- a conveyor belt system for transporting away the milled ground is arranged in the interior of the tunnel construction system.
- this conveyor belt system consists of several bands running in parallel.
- the Gaps between the individual bands covered by a T-profile to prevent clogging of the system by falling material.
- the tunneling system includes rolls of sheet material, e.g. in the form of sheet metal, which can be entrained during excavation between soil and tunnel elements.
- the rolls of sheet are located at the top or bottom of the building system or both.
- the tunneling system also has a device for injecting and distributing lubricant between the flat material and the tunnel element.
- the tunneling system has a guide roller, which is mounted non-positively above the upper ceiling wall and below the lower bottom wall of the rectangular concrete pipe of the tunnel elements at the start portal. This serves to avoid deviations in flight, fell or slope as possible.
- the tunnel construction system has a steel construction with transverse to the feed direction of the tunnel elements extending steel brackets, which is anchored on a site created concrete floor slab on the start portal, non-positively.
- two height-adjustable and laterally adjustable U-profiles are mounted on the steel consoles. These allow corrections of lateral deviations as well as deviations in the height of the tunnel elements.
- Fig. 1 shows a possible embodiment of the tunneling system T with feeding device for tunneling elements, as it is in the collection of prefabricated tunnel elements 5 in the ground 12.
- the tunnel to be built as underpass or walk-in media channel under a railway line or highway is located between a start portal 1 and the destination portal 2, which each have recesses for the tunnel elements 5 of rectangular concrete pipes and clamping elements 3. These extend from the target portal 2 to beyond the starting portal 1 and make it possible to use the target portal 2 as a counter anchorage when pulling the tunnel elements 5 by retracting drives 11.
- the start portal 1 stands on a reinforced concrete slab 14.
- the clamping elements 3 are bolted via steel girders 4 at the destination portal 2 and at the start portal 1.
- clamping elements include rods, eg prestressing steel rods.
- the end of a respective clamping element 5 at the start portal 1 is in operative connection with a retraction drive 11.
- the retraction drive 11 each comprises a pressing cylinder or electric motor with threaded gear 11, which are connected to the (not shown) machine unit and individually controlled.
- the electric motors with thread gear or press cylinder act, so that the end of a clamping element 3 can be passed, wherein press cylinder, for example, are formed hydraulically and as a cavity cylinder.
- the end of the clamping element 3 is connected by means of detachable connection firmly with the housing of the thread gear or press cylinder.
- the end has a thread, which can be secured to the housing of the thread or press cylinder by means of screwable retaining plate.
- the tunneling system T has a milling machine 8 with an electric drive as a propulsion part, which is fastened to the first tunnel component 5 by means of supporting elements 7, which are shown schematically here.
- the milling machine 8 is in particular a full-width milling machine and has a plurality of superimposed Bohrfräswalzen 20 with shafts 21.
- the milled from the milling machine 8 earth material is transported by the rollers 20 to the rear inside the tunneling system, where it falls down on a conveyor belt system 50 and is transported through this for removal to the outside.
- the tunneling system 1 also has two sheet-metal rollers 6, which are fixed to the first tunnel element 5 above and below and are rolled during the collection of the tunnel element, so that a sheet 6 'between the soil 12 and the upper ceiling wall and the bottom of the rectangular concrete pipe of the tunnel element 5 comes to rest there and significantly reduced the resistance of the collection.
- the system has a lubricant device with lubricant channels 9.
- FIG. 2 shows a rectangular tunnel element 5 and laid in the soil 12 clamping elements 3.
- the plate 6 'of sheet metal rollers 6 in FIG. 1 is unrolled over the top wall and below the bottom of the tunnel element 5 via rollers 6a.
- a lubricant is injected via channels 9 in the space between the metal sheet and concrete pipe of the tunnel element 5.
- FIGS. 3a and b show the lubricant device 9 in detail with lubricant pump 15, lubricant supply pipes 16, vertical lubricant supply pipes 17 through the concrete floor or through the concrete floor and horizontal distribution grooves 17 'parallel to the surface of the horizontally lying sheets.
- FIGS. 4a and b . 5 and 6a . b show in detail an embodiment of a milling machine 8 of the tunnel construction system according to the invention from different angles. It has in the embodiment shown four superposed rollers 20, wherein the number of rollers can be arbitrary. They are mounted on shafts 21, which are parallel to each other and are arranged vertically one above the other so that they cover the entire flat, vertical surface to be milled. Each of the four rollers 20 has, as in FIGS. 4a . b , and 6a . b shown, an associated drive with electric motor 22-25, which can rotate the rollers 20 in both directions. The gears for the rotation of the rollers are each housed in gear box 26. These are in FIG. 4a visible for the two middle rollers 20.
- FIG. 5 shows the rollers 20 of the milling machine 8 in a front view and in particular the modular structure of the rollers 20 and the gear box 23.
- the rollers 20 each consist of three laterally arranged roller parts 20a, b, c, equipped with round chisels 27 are.
- the gear box 26 and other box 26 ' are arranged, wherein the box 26 each include a gear for the rotation of the relevant roller part 20abc and the box 26' are empty.
- the arrangement of the drives and empty box 26 ' is associated with FIGS. 6a . b explained in more detail.
- FIG. 5 also shows the housing 28 of the milling machine, wherein the housing 25 is shown recessed in the field of milling to show the milling as a whole.
- the milling machine 8 is fixed to the housing 28 of the driving part, wherein the Attachment by means of the drive box 26 and empty boxes 26 'and to the box 26, 26' and the support elements 7 is realized.
- the support elements 7 are screwed to the lateral housing wall 28 by screw 7a and the housing wall 28 is in turn in the side wall of the rectangular concrete pipe of the tunnel element 5 from FIG. 1 anchored, which is pulled into the ground with the tunneling system.
- the shafts 21 are each also secured to the side wall of the housing 28.
- the electric motors for the drives 22 and 25 for the top and bottom rollers 20 are each arranged obliquely for reasons of space, as in FIG. 4a and 6a , b shown. Due to the oblique arrangement of the lowermost and uppermost motors 22 and 25, the electric motors 23 and 24 of the drives for the two middle rollers 20 are laterally offset relative to the motors 22 and 25, as in FIGS. 6a . b shown.
- FIG. 6a shows the oblique arrangement of the motors 22 for the top and bottom rollers 20 and the gear box 26. In the vertical between these two motors 22 and 25, empty boxes 26 'between the roller parts 20a and b of the two central rollers 20 are arranged.
- FIG. 6b shows the motors 23 and 24 for the two middle rollers 20, which are arranged between the roller parts 20c and b.
- FIG. 6b also shows the connection of the gear box 23 and the empty box 23 'with the support members 7, which as mentioned are connected to the housing wall and the concrete wall of the tunnel element.
- the support elements 7 also serve as a guide for the laterally horizontal oscillating movement of all Bohrfräswalzen 20 as a whole.
- a drive with motor 30 and thread 31 is arranged connected to the upper support element 7.
- FIGS. 4a . b , and 6a . b also show the chassis 40 of the driving part with milling machine. This comprises support elements 41 and 42, wherein the support elements 42 are connected to the housing wall 28.
- the circular chisels 24 of the rollers 20 are directed upwards, ie they are oriented at an angle from the radial of the rollers, so that they are directed upwards on the outer side, which faces the ground.
- These rollers are oriented for an upward rotation, ie upwards on the outer side of the roller.
- the milled material is thereby pushed upwards, whereby the soil is compacted above the tunnel construction system. This leads to the advantages as described above.
- the material is pushed upwards and then back into the interior of the machine, where it falls down and is transported from there by the conveyor belt system 50 out to the start portal, as in FIG. 1 shown.
- the tunnel construction system has for the removal of the milled material on a conveyor belt system 50 for the removal of the milled earth, which is arranged in the lower region of the propulsion part, as in FIGS. 4a . b and 6a . b shown.
- the plant 50 as in FIG. 7 shown in detail, has three longitudinal and parallel horizontal conveyor belts 51, 52 which convey material to the rear. Material from the two outer bands 51 is transported by two further conveyor belts 53 laterally toward the center on the centrally arranged conveyor belt 52, wherein the conveyor belts 53 are perpendicular to the conveyor belts 51 and 52.
- the conveyor belt system 50 is operated by an electric motor 54.
- the milling machine 8 has baffles 55, which are arranged at the level of the lateral ends of the rollers 20, and serve to direct falling material on the lateral conveyor belts 51 and to prevent falling of material outside the bands. Between the outer conveyor belts 51 and the central conveyor belt 52 T-profiles 56 are arranged, as in FIGS. 8a and b shown a fall of the Milling material between the individual longitudinal conveyor belts 51, 52, in particular during the lateral transport of the material from the outer conveyor belts 52 to the central conveyor belt 51, and prevent clogging of the plant.
- one side 56 'of the T-profile is arranged below the movable band 51' of the outer conveyor belt 51 while the other side 56 "of the T-profile is arranged above the movable band 52 'of the central conveyor belt 52.
- the T-profile 56 is firmly mounted so that it does not move with the movable belts 51 'and 52'.
- the sheet metal rollers 6 are shown, of the during the retraction of the tunnel elements a sheet 6' each have a roller 6a between the concrete floor or the concrete floor of the quadrangular tunnel element and pulled into the soil.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Tunnelbausystem mit einer Fräsmaschine zur grabenlosen Erstellung eines Tunnels durch ein Erdreich. Es betrifft insbesondere ein System zum Bau eines Tunnels durch Einziehen von mehreren Tunnelelementen hintereinander.
- Ein Tunnelbausystem zur grabenlosen Erstellung eines Tunnels ist in
CH708408 - Fräsmaschinen für den Tunnelbau sind bekannt. In der
DE 1534632 ist beispielsweise eine Maschine zum Abbau von Erdreich beim Vortrieb von Tunneln mit mehreren Schürfwalzen offenbart. Diese sind versetzt übereinander angeordnet, indem die Drehachsen der einen Schürfwalzen in einer ersten vorderen Ebene und die Drehachsen von weiteren Schürfwalzen in einer zweiten hinteren Ebene liegen. Die Schürfwalzen sind dabei in beiden Richtungen drehbar. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Tunnelbausystem der eingangs erläuterten Art zu schaffen, das eine dafür geeignete Fräsmaschine umfasst, um einen möglichst kosten- und aufwandseffizienten Tunnelbau zu realisieren.
- Es ist ein System zum grabenlosen Bau eines Tunnels mittels Einziehen von mehreren Tunnelelementen, insbesondere Rechteck-Stahlbetonrohre offenbart. Das Tunnelbausystem weist ein Startportal sowie ein Zielportal auf, die mit Spannstäben, insbesondere Gewinde-Spannstäben verbunden sind, die in Bohrungen durch das Erdreich angeordnet sind. Dabei verlaufen die Bohrungen durch das Erdreich ausserhalb des Querschnittsbereichs der einzuziehenden Tunnelelemente. Mehrere Presszylinder oder Elektromotoren mit Gewindegetriebe sind auf der Seite des Startportals angeordnet und stehen über die Spannelemente in Wirkverbindung mit dem Zielportal. Mittels der Presszylinder oder Elektromotoren mit Gewindegetriebe werden die Tunnelelemente ins Erdreich eingezogen. Das Zielportal ist bei der Errichtung des Tunnels als Verankerung einsetzbar. Dadurch werden die Tunnelelemente nicht eingepresst sondern eingezogen, wodurch u.a. Baulärm und Erschütterungen in reduziertem Masse auftreten.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine Fräsmaschine, vorzugsweise Vollschnittfräsmaschine, in Wirkverbindung mit dem in Vortriebsrichtung des Systems ersten Tunnelelement an diesem angeordnet. - In einer Ausführung weist die Fräsmaschine als Ganzes mehrere einzeln ansteuerbare Bohrfräswalzen auf, die sämtliche in einer Ebene am vorderen Ende des ersten Tunnelelements angeordnet sind. Dabei sind mehrere Bohrfräswalzen übereinander angeordnet, indem die Wellen der Walzen vertikal übereinander und parallel zueinander verlaufen. Jede der Bohrfräswalzen weist einen ihr zugeordneten Antrieb auf. Zudem ist die Fräsmaschine modular aufgebaut, indem jede der übereinander angeordneten Bohrfräswalzen mindestens drei nebeneinander und koaxial angeordnete Walzenteile aufweisen, die einzeln aus- und einbaubar sind. Dabei bildet jedes der Walzenteile eine Walze für sich.
- Die Tunnelelemente bestehen zum Beispiel aus einem Stahlbetonrohr, zum Beispiel in viereckiger Form.
- Indem jede Bohrfräswalze aus mehreren einzelnen nebeneinander angeordneten Walzenteilen besteht, ist die Fräsmaschine als solche modular aufgebaut, wobei jedes einzelne Walzenteil ein Modul darstellt. Ein derartiger modularer Aufbau ermöglicht einen Aufbau und insbesondere auch einen Ausbau der einzelnen Module durch zwei Personen mithilfe eines Hebekrans oder ähnlichem. Dies ermöglicht zum Beispiel den Ausbau einer einzelnen Bohrfräswalze im Fall, dass sich ein Hindernis wie ein Findling im Erdreich befindet. Nach Ausbau der Walze, kann das Hindernis manuell entfernt werden und die Walze sodann wieder eingesetzt werden, um in Vollfräsfunktion weiter zu arbeiten.
- In einer Ausführung des Tunnelbausystems sind die Walzenteile jeweils aus zwei Halbschalen ohne durchgehende Antriebswelle aufgebaut. Dies erleichtert den Aus- und Einbau einer Walze weiter.
- Die Antriebe der Bohrfräswalzen sind jeweils zwischen zwei der Walzenteile in einem Antriebskasten angeordnet. Im Bereich der Antriebe kann also keine Fräsfunktion ausgeführt werden. Um ein Fräsen über eine möglichst grosse Fläche, insbesondere auch im Bereich der Antriebe und somit eine Vollschnittfräsfunktion zu realisieren, sind in einer Ausführung der Erfindung die einzelnen Bohrfräswalzen seitlich jeweils in Richtung ihrer Wellen horizontal oszillierend bewegbar. Dadurch kann das Erdreich auch im Bereich der Antriebe und somit über die gesamte Breite der Fräsmaschine und des Tunnelbausystems abgetragen werden.
- In einer Ausführung ist die seitlich oszillierende Bewegbarkeit mittels einem Antrieb, einem Gewinde und einer Führung (7) realisiert ist, die dafür ausgelegt sind, alle übereinander angeordneten Bohrfräswalzen insgesamt über mindestens den Bereich eines Antriebs der Bohrfräswalzen seitlich horizontal zu bewegen.
- In einer Ausführung des Tunnelbausystems sind die mehreren übereinander angeordneten Bohrfräswalzen jeweils einzeln bei jeweils individueller Drehzahl antreibbar. Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung der Drehzahl jeder einzelnen Walze entsprechend der Beschaffenheit und Dichte des Erdreichs im Bereich jeder Walze.
- Der modulare Aufbau ermöglicht den allenfalls notwendigen Ausbau einer einzelnen Walze zur Entfernung von Findlingen, wonach die betreffende Walze wieder eingebaut wird und die Vollschnittfunktion fortgesetzt werden kann. Nach Beenden von solchen Unterbrüchen, ermöglicht der individuelle Antrieb der einzelnen Bohrfräswalzen zusammen mit der oszillierenden horizontalen Bewegbarkeit der Walzen eine insbesondere kontinuierliche Vollschnittfräsfunktion, die auch bei unregelmässigem Erdreich kontinuierlich durch eine einzige Betriebsperson ausgeführt werden kann, indem die Antriebe der einzelnen Walzen auf Sicht und Gehör reguliert werden.
In einer Ausführung des Tunnelbausystems sind die Bohrfräswalzen und ihre Antriebe derart ausgestaltet, dass die Bohrfräswalzen nach unten drehbar sind, indem die Walze an ihrer äussersten, dem Erdreich zugewandten Fläche nach unten drehbar ist und das abgefräste Erdreich dabei nach unten und dann nach hinten zur Rückseite der Walze transportiert wird. Diese Drehrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Erdreich hart und dicht ist. - In einer Ausführung des Tunnelbausystems sind die Bohrfräswalzen und ihre Antriebe derart ausgestaltet, dass die Bohrfräswalzen nach oben drehbar sind, indem die Walze an ihrer äussersten, dem Erdreich zugewandten Fläche nach oben drehbar ist und das abgefräste Erdreich dabei nach oben und dann nach hinten zur Rückseite der Walze transportiert wird. Diese Drehrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Erdreich locker und weich ist. Durch diese Drehrichtung entstehen vielfache Vorteile. Einerseits fällt das abgefräste Erdreich grösstenteils ins Innere des Tunnelbausystems, d.h. das Material wird auf der äusseren Seite jeder Walze nach oben und dann nach hinten bewegt und fällt sodann auf der inneren Seite der jeweiligen Walze zu Boden hinunter. Somit fällt kein oder sehr wenig Material auf die äussere Seite der Fräsen. Der Abtransport des abgefrästen Materials gestaltet sich dadurch sehr viel einfacher. Anderseits wird ein Nachrutschen von Abbaumaterial verhindert. Zudem entsteht durch die AufwärtsBewegung des abgefrästen Erdmaterials ein Druck nach oben, sodass das Material oberhalb der Bohrfräswalzen, welches das Material der Überdeckung bildet, verdichtet wird. Dadurch entstehen durch den Tunnelbau mit der erfindungsgemässen Anlage weniger Senkungen des Materials der Überdeckung. Sollten trotzdem Senkungen entstehen, würden solche Senkungen schnell und noch während des Tunnelbaus entdeckt werden, weil die Dicke der Überdeckung des errichteten Tunnels relativ klein ist. Diese Senkungen können dann noch während dem Bau des Tunnels behoben werden. Bei bekannten Tunnelbausystemen anderseits ist eine relativ grosse Überdeckung des Tunnels notwendig, und Senkungen können erst viel später erkannt werden. Diese müssen dann durch Eröffnung einer erneuten Baustelle behoben werden, was einen Zusatzaufwand und eine mögliche Unterbrechung des Verkehrs über den Tunnel verursacht.
- In einer Ausführung der Erfindung weisen die einzelnen Bohrfräswalzen jeweils Rundmeissel auf, die in einem Winkel zur Radialen der Walze ausgerichtet sind, sodass sie an ihrer äussersten, dem Erdreich zugewandten Fläche nach oben gerichtet sind.
- In einer Ausführung des erfindungsgemässen Tunnelbausystems sind die Antriebe der Bohrfräswalzen und Antriebe für die horizontale Bewegung der Walzen durch Elektromotoren realisiert. Diese ermöglichen einen Antrieb der Walzen, der in der Empfindlichkeit des Antriebs dem Antrieb durch einen Hydraulikmotor ebenbürtig ist. Der Einsatz von Elektromotoren erbringt zudem den heute gewichtigen Vorteil, dass eine Verschmutzung des Erdreichs durch auslaufendes Öl gänzlich verhindert wird und Risiken einer Verunreinigung ausgeschlossen sind und kein Aufwand einer Behebung von Verunreinigungen entsteht.
- In einer Ausführung des erfindungsgemässen Tunnelbausystems ist im Innern des Tunnelbausystems eine Förderbandanlage zum Abtransportieren des abgefrästen Erdreichs angeordnet. In einer Ausführung besteht diese Förderbandanlage aus mehreren parallel laufenden Bändern. In einer besonderen Ausführung sind die Zwischenräume zwischen den einzelnen Bändern mittels eines T-Profils abgedeckt, um ein Verstopfen der Anlage durch herunterfallendes Material zu verhindern.
- In einer Ausführung des Tunnelbausystems weist das Tunnelbausystem Rollen von Flachmaterial auf, z.B. in Form von Blech, das beim Vortrieb zwischen Erdreich und Tunnelelementen miteingezogen werden kann. Die Rollen von Flachmaterial sind an der Oberseite oder Unterseite des Bausystems oder beides angeordnet. Dadurch kann der Einzugswiderstand minimiert werden, da u.a. verhindert wird, dass Erdmaterial beim Einziehen der Tunnelelemente mitgestossen wird. Das Tunnelbausystem weist zudem eine Vorrichtung zum Einpressen und Verteilen von Schmiermittel zwischen dem Flachmaterial und dem Tunnelelement.
- In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Tunnelbausystem eine Führungsrolle auf, die über der oberen Deckenwand und unter der unteren Bodenwand des rechteckigen Betonrohrs der Tunnelelemente am Startportal kraftschlüssig montiert ist. Diese dient dazu, Abweichungen in Flucht, Gefällte oder Steigung möglichst zu vermeiden. Zudem weist das Tunnelbausystem eine Stahlkonstruktion mit quer zur Einzugsrichtung der Tunnelelemente verlaufenden Stahlkonsolen auf, die auf eine bauseits erstellte Betonbodenplatte auf der das Startportal steht, kraftschlüssig verankert ist. Zudem sind auf den Stahlkonsolen zwei in der Höhe und seitlich verstellbare U-Profile montiert. Diese ermöglichen Korrekturen von seitlichen Abweichungen sowie Abweichungen in der Höhe der Tunnelelemente.
- Die Erfindung ermöglicht einen vorteilhaften Bau eines Tunnels
- ohne die Erstellung eines Grabens und somit ohne Umleitung von Verkehr, was die Kosten massgebend vermindert,
- bei verminderter Erschütterung und Lärm,
- bei verminderter Minimalüberdeckung des Tunnels,
- in relativ kurzer Zeit aufgrund des gleichzeitigen Fräsens und Einziehens der Tunnelelemente sowie Abtransportierens des abgetragenen Erdreichs.
- Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus den abhängigen Patentansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert wird. Es zeigt:
-
- Fig. 1
- eine gesamte Seitenansicht des Tunnelbausystems gemäss der Erfindung.
- Fig. 2
- eine Querschnittsansicht eines Tunnelelements gemäss II-II in
Figur 1 mit den Spannelementen ausserhalb dieses Querschnitts. - Fig. 3
- a) und b) eine schematische Darstellung einer Schmiermitteleinrichtung zur Verminderung der Reibung zwischen Tunnelelement und horizontalem Flachmaterial bzw. Blech.
- Fig. 4a bis 6b
- die Fräsmaschine des erfindungsgemässen Tunnelbausystems als Ganzes, wovon
- Fig. 4a
- eine Seitenansicht der Fräsmaschine
- Fig. 4b
- Perspektivansicht der Fräsmaschine,
- Fig. 5
- eine Perspektivansicht der Fräsmaschine von vorne aus Sicht vom Zielportal mit Befestigung an der Seitenwand des Vortriebsteils,
- Fig. 6a, b
- je eine Perspektivansicht der Fräsmaschine von hinten aus Sicht vom Startportal,
- Fig. 7
- eine Förderbandanlage zur Beförderung des abgefrästen Materials aus dem Tunnelbausystem heraus.
- Fig. 8a
- eine Ansicht der Förderbandanlage im Querschnitt gemäss VIIIa,b-VIIIa,b aus
Fig. 7 , insbesondere der Übergangsbereiche zwischen den Förderbändern, - Fig. 8b
- eine Detailansicht gemäss VIIIb-VIIIb in
Figur 8a eines T-Profils zwischen den Förderbändern. - In den Figuren sind für dieselben Elemente jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet worden und erstmalige Erklärungen betreffen alle Figuren, wenn nicht ausdrücklich anders erwähnt.
-
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Tunnelbausystems T mit Einzugsvorrichtung für Tunnelbauelemente, wie sie sich beim Einzug von vorgefertigten Tunnelelementen 5 im Erdreich 12 darstellt. Der zu errichtende Tunnel als Unterführung oder begehbarer Medienkanal unter einer Bahnlinie oder Autostrasse befindet sich zwischen einem Startportal 1 und dem Zielportal 2, welche jeweils Aussparungen für die Tunnelelemente 5 aus rechteckigen Betonrohren sowie für Spannelemente 3 aufweisen. Diese erstrecken sich vom Zielportal 2 bis über das Startportal 1 hinaus und ermöglichen es, das Zielportal 2 als Gegenverankerung beim Einzug der Tunnelelemente 5 durch Einzugsantriebe 11 einsetzen zu können. Das Startportal 1 steht auf einer armierten Betonplatte 14. - Die Spannelemente 3 sind via Stahlträger 4 am Zielportal 2 sowie am Startportal 1 verschraubt. Als Spannelemente eignen sich u.a. Stäbe, z.B. Spannstahlstäbe. Das Ende eines jeweiligen Spannelements 5 beim Startportal 1 steht mit einem Einzugsantrieb 11 in Wirkverbindung. Der Einzugsantrieb 11 umfasst jeweils einen Presszylinder oder Elektromotor mit Gewindegetriebe 11, welche mit der (nicht dargestellten) Maschineneinheit verbunden und einzeln ansteuerbar sind. Die Elektromotoren mit Gewindegetriebe oder Presszylinder wirken, so dass das Ende eines Spannelements 3 hindurchführbar ist, wobei Presszylinder z.B. hydraulisch und als Hohlraumzylinder ausgebildet sind. Das Ende des Spannelements 3 ist mittels lösbarer Verbindung fest mit dem Gehäuse des Gewindegetriebes oder Presszylinders verbindbar. Zu diesem Zweck weist z.B. das Ende ein Gewinde auf, welches am Gehäuse des Gewindegetriebes oder Presszylinders mittels schraubbarer Rückhalteplatte gesichert werden kann.
- Das Tunnelbausystem T weist gemäss der vorliegenden Erfindung eine Fräsmaschine 8 mit Elektroantrieb als Vortriebsteil auf, die mittels hier schematisch dargestellten Tragelementen 7 am ersten Tunnelbauelement 5 befestigt ist. Die Fräsmaschine 8 ist insbesondere eine Vollschnittfräsmaschine und weist mehrere übereinander angeordnete Bohrfräswalzen 20 mit Wellen 21 auf.
Das von der Fräsmaschine 8 abgefräste Erdmaterial wird durch die Walzen 20 nach hinten ins Innere des Tunnelbausystems befördert, wo es nach unten auf eine Förderbandanlage 50 fällt und durch diese für Abtransport nach aussen befördert wird. - Das Tunnelbausystem 1 weist zudem zwei Blechrollen 6 auf, die am ersten Tunnelelement 5 oben und unten befestigt sind und während des Einzugs des Tunnelelements abgerollt werden, sodass ein Blech 6' zwischen dem Erdreich 12 und der oberen Deckenwand und dem Boden des rechteckigen Betonrohrs des Tunnelelements 5 zu liegen kommt und dort den Widerstand des Einzugs massgeblich vermindert. Um den Widerstand weiter zu vermindern, weist das System eine Schmiermitteleinrichtung mit Schmiermittelkanälen 9 auf.
-
Figur 2 zeigt ein rechteckiges Tunnelelement 5 und die im Erdreich 12 verlegten Spannelemente 3. Das Blech 6' von Blechrollen 6 inFigur 1 wird über die Deckenwand und unter dem Boden des Tunnelelements 5 über Rollen 6a abgerollt. Ein Schmiermittel wird über Kanäle 9 in den Raum zwischen Blech und Betonrohr des Tunnelelements 5 eingepresst.
Figuren 3a und b zeigen die Schmiermitteleinrichtung 9 im Detail mit Schmiermittelpumpe 15, Schmiermittelzufuhrrohren 16, vertikalen Schmiermittelzufuhrrohren 17 durch die Betondecke oder durch den Betonboden und horizontale Verteilrinnen 17' parallel zur Fläche der horizontal liegenden Bleche. -
Figuren 4a undb ,5 und6a ,b zeigen im Detail ein Ausführungsbeispiel einer Fräsmaschine 8 des erfindungsgemässen Tunnelbausystems aus verschiedenen Winkeln. Sie weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier übereinander angeordnete Walzen 20 auf, wobei die Anzahl Walzen beliebig sein kann. Sie sind auf Wellen 21 gelagert, die parallel zueinander verlaufen und vertikal übereinander angeordnet sind, sodass sie die gesamte abzufräsende ebene, vertikale Fläche abdecken. Jede der vier Walzen 20 weist, wie inFiguren 4a ,b , und6a ,b gezeigt, einen ihr zugeordneten Antrieb mit Elektromotor 22-25 auf, der jeweils die Walzen 20 in beiden Richtungen drehen kann. Die Getriebe für die Drehung der Walzen sind jeweils in Getriebekasten 26 untergebracht. Diese sind inFigur 4a für die beiden mittleren Walzen 20 sichtbar. -
Figur 5 zeigt die Walzen 20 der Fräsmaschine 8 in einer Ansicht von vorne und insbesondere den modularen Aufbau der Walzen 20 sowie die Getriebekasten 23. In dem dortigen Ausführungsbeispiel bestehen die Walzen 20 je aus drei seitlich angeordneten Walzenteile 20a, b, c, die mit Rundmeisseln 27 ausgerüstet sind. Zwischen den Walzenteilen 20a,b,c sind die Getriebekasten 26 sowie weitere Kasten 26' angeordnet, wobei die Kasten 26 je ein Getriebe für die Drehung der betreffenden Walzenteil 20abc enthalten und die Kasten 26' leer sind. Die Anordnung der Antriebe und leeren Kasten 26' wird im Zusammenhang mitFiguren 6a ,b näher erläutert.
Da im vertikalen Flächenbereich der Getriebekasten 26 und den leeren Kasten 26' keine Rundmeissel vorhanden sind, kann dort nicht gefräst werden. Die erfindungsgemässe horizontale Bewegbarkeit der Bohrfräswalzen 20 bewirkt jedoch, dass die Walzenteile 20a,b,c aller vier Walzen gesamthaft hin und her bewegt werden können und zwar über eine Distanz von mindestens der Breite eines Getriebekastens 26 oder leeren Kastens 26', sodass der Bereich der Kasten 26 und 26' ebenfalls durch die Walzenteile 20a,b,c mit den Rundmeisseln 27 bearbeitet wird und ein Vollschnitt erreicht wird.
Figur 5 zeigt zudem das Gehäuse 28 der Fräsmaschine, wobei das Gehäuse 25 im Bereich der Fräsen ausgespart dargestellt ist, um die Fräsen gesamthaft zu zeigen. Die Fräsmaschine 8 ist an dem Gehäuse 28 des Vortriebsteils befestigt, wobei die Befestigung mittels der Antriebskasten 26 und leeren Kästen 26' und an den Kasten 26, 26' und der Tragelemente 7 realisiert ist. Die Tragelemente 7 sind mit der seitlichen Gehäusewand 28 durch Schraubverbindungen 7a verschraubt und die Gehäusewand 28 ist wiederum in der Seitenwand des rechteckigen Betonrohrs des Tunnelelements 5 ausFigur 1 verankert, das mit dem Tunnelbausystem ins Erdreich eingezogen wird. Die Wellen 21 sind jeweils ebenfalls an der Seitenwand des Gehäuses 28 befestigt. - Die Elektromotoren für die Antriebe 22 und 25 für die oberste und unterste Walze 20 sind aus Platzgründen jeweils schräg angeordnet, wie in
Figur 4a und6a , b gezeigt. Aufgrund der schrägen Anordnung des untersten und obersten Motors 22 und 25 sind die Elektromotoren 23 und 24 der Antriebe für die beiden mittleren Walzen 20 relativ zu den Motoren 22 und 25 seitlich versetzt angeordnet, wie inFiguren 6a ,b gezeigt.
Figur 6a zeigt die schräge Anordnung der Motoren 22 für die oberste und unterste Walze 20 und deren Getriebekasten 26. In der Senkrechten zwischen diesen beiden Motoren 22 und 25 sind leere Kasten 26' zwischen den Walzenteilen 20a und b der beiden mittleren Walzen 20 angeordnet. Die Getriebekasten 23 und leeren Kasten 23' in einer Senkrechten sind jeweils miteinander verbunden.
Figur 6b zeigt die die Motoren 23 und 24 für die beiden mittleren Walzen 20, die zwischen den Walzenteilen 20c und b angeordnet sind.Figur 6b zeigt auch die Verbindung der Getriebekasten 23 und der leeren Kasten 23' mit den Tragelementen 7, welche wie erwähnt mit der Gehäusewand und der Betonwand des Tunnelelements verbunden sind.
Die Tragelemente 7 dienen zugleich auch als Führung für die seitlich horizontale oszillierende Bewegung aller Bohrfräswalzen 20 als Ganzes. Für die seitliche Bewegung ist ein Antrieb mit Motor 30 und Gewinde 31 mit dem oberen Tragelement 7 verbunden angeordnet. - Die
Figuren 4a ,b , und6a ,b zeigen zudem das Chassis 40 des Vortriebteils mit Fräsmaschine. Dieses umfasst Tragelemente 41 und 42, wobei die Tragelemente 42 mit der Gehäusewand 28 verbunden sind. - In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rundmeissel 24 der Walzen 20 nach oben gerichtet, d.h. sie sind in einem Winkel von der Radialen der Walzen ausgerichtet, sodass sie an der äusseren Seite, die dem Erdreich zugewandt ist, nach oben gerichtet ist. Diese Walzen sind für eine Drehung nach oben, d.h. nach oben an der äusseren Seite der Walze, ausgerichtet. Das abgefräste Material wird dadurch nach oben gedrückt, wodurch das Erdreich über dem Tunnelbausystem verdichtet wird. Dies führt zu den Vorteilen wie eingangs beschrieben. Das Material wird nach oben gedrückt und danach nach hinten ins Innere der Maschine, wo es hinunterfällt und von dort durch die Förderbandanlage 50 nach aussen zum Startportal transportiert wird, wie in
Figur 1 dargestellt.
Werden die Walzen im Fall von dichterem und härteren Erdreich nach unten gedreht, das heisst an der äusseren dem Zielportal zugewandten Seite nach unten bewegt, so wird das abgefräste Material von jeder Walze nach unten und auf deren Unterseite nach hinten befördert, wo es an der inneren Seite der Walze nach unten auf die Förderbänder fällt und von dort zum Startportal hin befördert wird. - Das Tunnelbausystem gemäss der Erfindung weist für den Abtransport des abgefrästen Materials eine Förderbandanlage 50 zum Abtransport des abgefrästen Erdreichs auf, die im unteren Bereich des Vortriebteils angeordnet ist, wie in
Figuren 4a ,b und6a ,b gezeigt. Die Anlage 50, wie inFigur 7 im Detail gezeigt, weist drei längs und parallel angeordnete horizontale Förderbänder 51, 52, die Material nach hinten befördern. Material von den beiden äusseren Bändern 51 wird mittels zwei weiteren Förderbändern 53 seitlich zur Mitte hin auf das mittig angeordnete Förderband 52 transportiert, wobei die Förderbänder 53 senkrecht zu den Förderbändern 51 und 52 stehen. Die Förderbandanlage 50 wird durch einen Elektromotor 54 betrieben. Zudem weist die Fräsmaschine 8 Ablenkbleche 55 auf, die auf Höhe der seitlichen Enden der Walzen 20 angeordnet sind, und dazu dienen, herabfallendes Material auf die seitlichen Förderbänder 51 zu lenken und ein Herabfallen von Material ausserhalb der Bänder zu verhindern.
Zwischen den äusseren Förderbändern 51 und dem mittigen Förderband 52 sind T-Profile 56 angeordnet, wie inFiguren 8a und b gezeigt, die ein Herabfallen des Fräsmaterials zwischen die einzelnen Längsförderbändern 51, 52, insbesondere beim seitlichen Transportieren des Materials von den äusseren Förderbändern 52 auf das mittlere Förderband 51, und ein Verstopfen der Anlage verhindern. Dabei ist die eine Seite 56' des T-Profils unter dem beweglichen Band 51' des äusseren Förderbands 51 angeordnet während die andere Seite 56" des T-Profils über dem beweglichen Band 52' des mittigen Förderbands 52 angeordnet. Das T-Profil 56 ist fest montiert, sodass es sich mit den beweglichen Bändern 51' und 52' nicht mitbewegt. - Unter der Förderbandanlage 50 sowie über den Tragelementen 42, 41 des Chassis' der Fräsmaschine sind jeweils die Blechrollen 6 gezeigt, von der während des Einziehens der Tunnelelemente ein Blech 6' jeweils über eine Rolle 6a zwischen der Betondecke bzw. dem Betonboden des viereckigen Tunnelelements und dem Erdreich hineingezogen wird.
-
- T
- Tunnelbausystem
- E
- Erdreich
- 1
- Startportal
- 2
- Zielportal
- 3
- Spannelement
- 4
- Stahlträger
- 5
- Tunnelelement, Rechteck-Betonelement
- 6
- Blechrolle
- 6a
- Rolle
- 6'
- Blech
- 7
- Tragelement
- 8
- Fräsmaschine
- 9
- Schmiermitteleinrichtung
- 11
- Einzugseinrichtung, Presszylinder oder Elektromotor mit Gewindegetriebe
- 16
- Zufuhrleitung
- 17
- vertikale Zufuhrleitung
- 17'
- Verteilrinne
- 20
- Fräswalze
- 20a,b,c
- Teilwalze
- 21
- Welle
- 22-25
- Antrieb
- 26
- Antriebskasten
- 26'
- Leerkasten
- 27
- Rundmeissel
- 28
- Gehäusewand
- 30
- Antrieb für Horizontalbewegung
- 31
- Gewinde
- 40
- Chassis
- 41
- Träger
- 42
- Träger
- 50
- Förderbandanlage
- 51,52,51',52',
- Förderband
- 53
- Förderband für seitlichen Materialtransport zum mittleren Förderband 52
- 54
- Antrieb Förderbandanlage
- 55
- Ablenkblech
- 56, 56', 56''
- T-Profil
Claims (13)
- System (T) zum grabenlosen Bau eines Tunnels mittels Einziehen von mehreren hintereinander liegenden Tunnelelementen (5) aufweisend
ein Startportal (1) sowie ein Zielportal (2), die mit Spannelementen (3) verbunden sind, welche in Bohrungen angeordnet sind, wobei die Bohrungen durch Erdreich (E) ausserhalb des Querschnittsbereichs der einzuziehenden Tunnelelemente (5) verlaufen,
zudem aufweisend mehrere Presszylinder oder Elektromotoren mit Gewindegetriebe (11), die auf der Seite des Startportals (1) angeordnet sind und über die Spannelemente (3) mit dem Zielportal (2) in Wirkverbindung stehen, wobei mittels der Presszylinder oder Elektromotoren mit Gewindegetriebe (11) die Tunnelelemente (5) ins Erdreich (E) eingezogen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Fräsmaschine (8), vorzugsweise Vollschnittfräsmaschine, in Wirkverbindung mit dem ersten der Tunnelelemente (5) an diesem angeordnet ist. - System nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fräsmaschine (8) mehrere einzeln ansteuerbare Bohrfräswalzen (20) sowie mehrere Antriebe (22-25) aufweist, die jeweils einer der Bohrfräswalzen (20) zugeordnet sind,
wobei die mehreren Bohrfräswalzen (20) übereinander angeordnet sind, indem die Wellen (21) der Walzen (20) vertikal übereinander und parallel zueinander verlaufen,
und wobei die Fräsmaschine (8) modular aufgebaut ist, indem jede der übereinander angeordneten Bohrfräswalzen (20) mindestens drei koaxial angeordnete Walzenteile (20a,b,c) aufweisen, die einzeln aus- und einbaubar sind. - System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede der Walzenteile (20a,b,c) jeweils aus zwei Halbschalen bestehen. - System nach einem der Ansprüche 2-3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrfräswalzen (20) seitlich horizontal oszillierend bewegbar sind. - System nach einem der Ansprüche 2-4
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den einzelnen Walzenteilen (20a,b,c) jeder der übereinander angeordneten Bohrfräswalze (20) jeweils ein Antriebskasten (26) oder ein leerer Kasten (26') angeordnet ist. - System nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die seitlich oszillierende Bewegbarkeit mittels einem Antrieb (30), einem Gewinde (31) und einer Führung (7) realisiert ist, die dafür ausgelegt sind, alle Bohrfräswalzen (20) insgesamt über mindestens den Bereich eines Antriebs (22-25) der Bohrfräswalzen (20) seitlich horizontal zu bewegen. - System nach einem der Ansprüche 2-7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die übereinander angeordneten Bohrfräswalzen (20) jeweils bei individueller Drehzahl drehbar sind. - System nach einem der Ansprüche 2-7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrfräswalzen (20) in beiden Richtungen drehbar sind. - System nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrfräswalzen (20) in einer Richtung nach oben drehbar sind und sie Rundmeissel (27) aufweisen, die in einem Winkel zur Radialen der Bohrfräswalzen (20) ausgerichtet sind. - System nach einem der Ansprüche 2-9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebe (22-25) einen Elektromotor aufweisen. - System nach einem der Ansprüche 2-10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Tunnelbausystem (T) eine Förderbandanlage (50) mit mehreren parallel laufenden Förderbändern (51, 52) und einem Antrieb (54) aufweist. - System nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Förderbandanlage (50) mindestens ein Förderband (53), das senkrecht zu den parallel verlaufenden Förderbändern (51, 52) steht, zur seitlichen Beförderung von Material auf ein mittig angeordnetes Förderband (52) aufweist. - System nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den einzelnen Förderbändern (51, 52) jeweils ein T-Profil (56) angeordnet ist.
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DE1534632B1 (de) | 1966-08-09 | 1970-01-29 | Holzmann Philipp Ag | Einrichtung zum Abbauen von Boden beim Vortrieb von Tunneln,Stollen,Graeben od.dgl. |
CH708408B1 (de) | 2014-05-28 | 2015-02-13 | Anton Zehnder | Verfahren und Vorrichtung zum Bau eines Tunnels. |
-
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